Codes

Laskennalliset mallit osana tuotteen elinkaarta – Codes


Projektin kesto 1.1.2009 - 30.4.2011
Diaarinumero 3088/31/08

Tarve

Mallinnus ja simulointi ovat vakiinnuttaneet asemansa erityisesti tuotekehityksen ja -suunnittelun osana, niin koneiden ja laitteiden suunnittelussa kuin laitossuunnittelussakin. Simuloinnin käytön motiiveina ovat kustannussäästöt (mm. vähäisemmän fyysisten prototyyppien tarve), nopeampi tuotteen kehitysaika (simulointi mahdollistaa tuotteen suunnitteluvaiheiden paremman limittämisen ja siten suunnittelun kokonaisajan lyhentämisen) ja simuloinnilla hyödyntäminen tuotteen toiminnan ymmärtämisessä (monimutkaiset dynaamiset ilmiöt, kuten virtausilmiöt, rakenteen kuormitukset ja värähtely). Samoja perusteluja simuloinnin käytölle, eli kustannussäästöjä, nopeampaa suunnitteluaikaa ja parempaa tuoteprosessin hahmottamista, voitaisiin laajentaa myös tuotteen ominaisuuksien simuloinnin ulkopuolelle kattamaan koko tuotteen elinkaari (Kuva 1).

Kuva 1: Simulointi avuksi koko tuotteen elinkaaren hahmottamiseen.

Tarve simuloinnin laajamittaiselle ja monipuoliselle hyödyntämiselle on identifioitu prosessiteollisuuden ja konetekniikan alan edelläkävijäalojen, kuten ajoneuvo- ja lentokoneteollisuus ja laitossuunnittelu, kehityksen suunnista. Myös johtavien kotimaisten kone- ja prosessiteollisuuden alan yritysten lisääntyvä kiinnostus simuloinnin monipuoliseen hyödyntämiseen ja tehokkaaseen tiedonhallintaan on huomioitu.

Simuloinnin laajamittaisen hyödyntämisen yhtenä keskeisenä haasteena on tiedonsiirto järjestelmien ja ohjelmistojen välillä sekä tiedon hallinta. Simuloinnin ja siihen liittyvän tiedonhallinnan kenttä on valtava, eikä esimerkiksi yhtenäistä standardia tiedon esitystavasta ole olemassa. Jo pelkästään teknisen simuloinnin (tuotteen tai järjestelmän fysikaalisten ominaisuuksien simulointi) tiedonsiirto ja hallinta ovat osoittautuneet haastaviksi. Laajennettaessa simuloinnin hyödyntämistä esimerkiksi toimintaprosesseihin ja palvelukonsepteihin, muodostuu tiedonsiirto ja hallinta kehityksen pullonkaulaksi (Kuva 2). Kokonaiskuvan luomiseksi tarvitaan siis tutkimusta.

Tuotteen elinkaaren hahmottaminen ja sen tehokas hallinta mahdollistaa paremmin suunnitellut tuotteet ja kokonaisvaltaisen ratkaisuntarjonnan – sisältäen tuotteet ja palvelut – ja siten lisää liiketoimintaa. Tämä on selkeä kilpailuetu jatkuvasti kiristyvillä markkinoilla.

Kuva 2: Simuloinnin käytön kehitysaskeleet.

Ratkaisu

Simuloinnin hyödyntämisen kynnystä teollisuudessa laskisi järjestelmien ja ohjelmistojen nykyistä parempi yhteistoiminta ja integroituminen osaksi organisaation muita järjestelmiä. Ratkaisuna tähän VTT:llä on kehitetty vuodesta 2006 lähtien avointa simuloinnin tiedonhallintaratkaisua, Simantics-ohjelmistoalustaa, jonka tavoitteena on tarjota avoin ohjelmistojen ja simuloinnin tiedon integroinnin alusta. Alusta pohjautuu avoimen lähdekoodin Eclipse-ohjelmistoon sekä taustalla toimivaan semanttiseen tietokantaratkaisuun. Ohjelmistokehityksen kannalta avoin ratkaisu laskee omalta osaltaan alustan käyttöönoton kynnystä niin teollisuudessa kuin tutkimuksessakin. Alustassa sovellettava semanttinen tietomallinnus taas tuo tiedonhallinnan perustat esille havainnollisella ja joustavalla tavalla.

Simantics-ohjelmistoalusta (www.simantics.org) on yksi Codes-projektin keskeisiä elementtejä ja toimii mahdollistavana teknologiana tutkittaessa ja kehitettäessä integroituja ratkaisuja niin teknisen simuloinnin kuin laajemmankin, koko tuotteen elinkaarta ja sen eri osa-alueita koskevien, simuloinnin tarpeisiin (Kuva 3).

 

 

Kuva 3: Codes-projektin keskeiset tutkimusalueet.

Mahdollisuuksia hyödyntää kokonaisvaltaista tuotteen elinkaaren vaiheiden simulointia, sekä teknistä (fysikaalista) että prosesseihin ja liiketoimintamalleihin liittyvää, tarkasteltiin esiselvityksen avulla. Selvityksellä pyrittiin kartoittamaan erilaisia simuloinnin hyödyntämistapoja sekä niiden vaatimuksia mm. mallinnuksen ja simuloinnin lähtötietojen tarpeiden osalta. Esiselvityksellä pyrittiin myös muodostamaan kokonaiskuvaa tuotteen elinkaaren eri vaiheiden simuloinnin tarjoamista hyödyistä ja toisaalta sen toteuttamisen vaatimuksista (Kuva 4). Tehty selvitystyö toimii pohjana aiheen jatkotutkimukselle ja kehitykselle.

 

Kuva 4: Näkemys tuotteen elinkaaren kokonaisuudesta.

Mahdolliset julkiset esitykset, julkaisut, sisäiset tuotokset

Katsaus projektin puitteissa julkaistuun materiaaliin on koottu projektin loppuraporttiin:

Juha Kortelainen
Computational Models in Product Life Cycle – Codes: Overview to the Codes Project
VTT tutkimusraportti VTT-R-03753-11, Espoo, 2011.
http://www.vtt.fi/inf/julkaisut/muut/2011/VTT-R-03753-11.pdf

Projektin koko tulosaineisto on koottu CD-ROM -levyksi, jolla on projektin julkaisut, tulosraportit ja projektiin liittyvät seminaari- ja workshop-esitykset sekä näiden tilaisuuksien ohjelmat. Yhteensä CD-ROM -levyllä on 132 dokumenttia. Osa CD-ROM -koosteen materiaalista, kuten journal- ja konferenssijulkaisut, on luonteeltaan sellaista, ettei kaikkea materiaalia voida laittaa vapaasti internetistä saataville. Codes-projektin tulosmateriaali on tilattavissa kokonaisuutena CD-ROM -levyllä osoitteesta:

VTT
Juha Kortelainen
PL 1000
02044 VTT

           tai sähköpostilla osoitteesta:

juha.kortelainen@vtt.fi

Yritysyhteistyö

Projektiin osallistui joukko kotimaisia ja kansainvälisiä yrityksiä kone-, elektroniikka- ja prosessiteollisuuden aloilta:

·         ABB Oy Marine, Jukka Varis

·         Alstom (Switzerland) Ltd., Hamid Olia

·         Comos Industry Solutions ApS, Terkel Tofte

·         CSC – Tieteen tietotekniikan keskus Oy, Jussi Tella

·         Fortum Nuclear Service, Sami Tuuri

·         Intergraph Finland Oy, Seppo Turunen

·         Nokia, Lasse Pesonen

·         PSK Standardisointiyhdistys ry, Jari Viertävä

·         Teollisuuden hajautetun tiedonhallinnan yhdistys THTH ry, Jarmo Söderman

·         Wärtsilä R&D, Tero Frondelius

Laaja-alaisen yritysosallistumisen tarkoituksena oli koota näkemystä eri teollisuudenaloilta ja jakaa tietoa ja parhaita käytäntöjä.

Projektiryhmä

Projektin tutkimusosapuolina olivat Aalto yliopisto, Lappeenrannan teknillinen yliopisto, Tampereen teknillinen yliopisto ja VTT; VTT toimi projektin koordinaattorina. Alla on listattuna projektiin osallistuneet henkilöt.

Aalto yliopisto, http://www.aalto.fi
Professori Kari Koskinen, vastuullinen johtaja (Aalto yliopisto)
Tutkija Pekka Aarnio

Lappeenrannan teknillinen yliopisto, http://www.lut.fi
Professori Aki Mikkola, vastuullinen johtaja (Lappeenrannan teknillinen yliopisto)
Tutkija Tuomas Rantalainen

Tampereen teknillinen yliopisto, http://www.tut.fi
Professori Seppo Kuikka, vastuullinen johtaja (Tampereen teknillinen yliopisto)
Tutkija David Hästbacka
Tutkimusharjoittelija Petri Kannisto
Tutkija Timo Vepsäläinen

VTT, http://www.vtt.fi/
Johtava tutkija Olli Ventä, vastuullinen johtaja (Codes-projekti)
Erikoistutkija Juha Kortelainen, projektipäällikkö
Tutkija Anna Anttila
Tutkija Marek Gayer
Tutkija Annika Heikkilä
Johtava tutkija Erkki Jantunen
Tutkija Tero Jokinen
Tutkimusprofessori Tommi Karhela
Johtava tutkija Paul Klinge
Erikoistutkija Simo-Pekka Leino
Erikoistutkija Pasi Laakso
Tutkija Teemu Mätäsniemi
Erikoistutkija Matti Paljakka
Tutkija Sampsa Ruutu
Erikoistutkija Hannele Tonteri
Tutkija Sanchita Talwani
Erikoistutkija Pasi Valkokari
Johtava tutkija Ismo Vessonen
Johtava tutkija Peter Ylén